单管正激变换器参数确定

第二章 方案的确定

2.1 变换器的设计指标

2.1.1 正激变换器的设计指标

输入电压：DC41V ～DC51V

输出电压：DC12V

输出电流：5A

效率: η≥80%

电压调整率：Su ≤1.5%

负载调整率：S I ≤1.5%

2.1.2 辅助电源（反激）的设计指标

输入电压：DC41V ～DC51V

输出电压：DC17V

输出电流：0.5A

效率: η≥87%

第三章 正激电路设计

这里UC3844的振荡器选择R T =R 8=12k Ω,C T =C 19=1000PF ，则

KHZ C R f T T osc 15010100010128.18.112

3=⨯⨯⨯==- (3-1) 所以6脚的输出频率（驱动频率）为：

KHZ f f osc 752

1== (3-2) 3.3 主电路设计

主电路的设计主要包括变压器、电感和MOS 管的设计。

3.3.1 主电路中变压器的设计

变压器是利用互感应实现能量或信号传输的器件。在开关电源主电路中，变压器用于输入输出之间隔离及电压变换。开关电源中使用磁性元件比较多，这其中包括作为开关电源核心的高频功率变压器、驱动变压器、电流互感器、低压辅助电源变压器以及各种滤波电感等，通常把这些统称为电子变压器，他们是电力电子电路中储能、转换以及隔离所必备的元件。磁性元器件在整个的开关电源中所占的比重很大，对于开关电源的质量、体积、成本以及效率都有很显著的影响，特别是高频功率变压器，它对于整个开关电源的性能更是有着举足轻重的影响

[16]。

高频变压器具有电压变化、电气隔离和能量传输三项主要功能，是开关电源

的核心部件，它的设计和计算也是最复杂的。在能量传输方面，高频变压器有两种方式:一是变压器传输方式，即加在一次绕组上的电压，在磁心中产生了磁通变化，使二次绕组产生感应电压，从而达到使能量从变压器的一次侧传输到二次侧的目的;另一种是电感器传输方式，即在一次绕组上施加电压，会产生励磁电流并且使磁心磁化，并将电能转变成磁能存储起来，而后通过去磁可以使二次绕组产生感应电压，从而达到将磁能变换为电能释放给负载的效果,下面就是变压器设计的过程[17]。

1.铁芯材料的选取

在设计高频变压器的时候，应当首先从选择磁心开始，然后再确定绕组的匝

数。在设计的过程中，需要了解与磁心相关的多种特性以及参数，并且需要进行多种参数的计算和校验。不同工作频率的变压器，可以选择不同磁性材料的铁芯和不同的铁芯规格。选择铁芯的材料和规格，除了根据变压器的工作频率和功率容量以外，还要考虑铁芯的损耗和温升，并在合理控制变压器体积的基础上，尽量降低其成本。目前广泛应用的磁性材料主要有硅钢片、铁氧体、非晶态合金、微晶合金和铁粉芯等。

铁氧体的电阻率可以做得很高，因此高频损耗小，工作频率高。另外铁氧体

工艺性能好，价格便宜，性价比高。比较适应十中小功率的脉冲变压器的设计。本次设计选用的是磁性材料是PC40，其Bs=0.39T ，Br=0.055T ，所以取T B B B r s 335.025.0=-<=∆，满足条件。

2.AP 公式

在开关电源中，高频变压器的磁心尺寸的选择与其工作频率、输出功率、电

路结构以及绕组匝数等许多的因素都有关系，是整个高频变压器设计工作的难点。而在设计高频变压器的时候，面积乘积法是最为常用的方法，通常也简称AP 法。

由电磁感应定律得：

dt

NAedB dt d N dt d d di L E Vin t L =Φ====ϕ (3-3) B

Ae VinDT AedB Vindt Np ∆==

(3-4) 另外从窗口能否够用得： KpKuAw Np J I prms

= (3-5)

其中J 为电流密度，prms I 为电流有效值，10<

所以 prms

I KpKuAwJ N = (3-6) 从而 prms

I KuAwJ Bf Ae VinD =∆ （3-7) 令 Ap=AeAw, ∴BJ fKpKu VinDI Ap prms

∆= (3-8)

按照Ap 值选择一个比实际所需Ap 大的变压器型号，式中Ae 为铁芯磁路面积，Aw 为铁芯窗口面积，B ∆为铁芯材料所允许的最大磁通密度的变化范围，f 为开关频率。

令Kt i i prms avg in =)(,Kt 为均方根电流系数。

∴BfKpKuKtJ

PinD BJ fKpKuKt VinDI Ap avg in ∆=∆=)

( （3-9） 令KpKuKt=K ´为拓扑系数，再令D=Dmax=0.5，温升30ºC 时，

J=2125.4/10450m A Ap o -⨯，Ap 取4cm

因此 4125.04`10450Bfk 5.0cm Ap

Pin Ap --⨯∙∆= 4143.1`1.11cm BfK Pin Ap ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆= （3-10）

假设变压器的效率为85%。所以本次设计的变压器的实际所需Ap 值： 4143.133176.0114.0107525.085.0601.11cm Ap =⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯=（3-11）

为了使铜线能够很好地绕制，本次设计的变压器选择的型号是EE40（Ae 为

1.28cm 2，Aw 为1.08mm 2），其Ap=1.38cm 4值远大于实际制作的变压器的，所以满足条件。

3.确定变压器的原副边匝数

由于UC3844的最大占空比为0.5，所以本次设计先假设Dmax=0.4

由电磁感应定律得： dt AedB N E Vin P =

= （3-12） ∴B

Ae VinDT AedB Vindt Np ∆== （3-13）